نظام توجيه الإجهاض في أبولو

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
نظام توجيه الإجهاض لمركبة أبولو القمرية؛ من اليسار إلى اليمين: مجموعة مستشعر الإجهاض (ASA)، مجموعة إدخال البيانات وعرضها (DEDA)، مجموعة الإجهاض الإلكترونية (AEA).
لوحة مفاتيح نظام توجيه الإجهاض (DEDA) في وحدة الهبوط القمرية أبولو 11 (LM-5) في طريقها إلى القمر.

كان نظام توجيه الإجهاض في برنامج أبولو ( AGS ، المعروف أيضًا باسم قسم توجيه الإجهاض ) نظام حاسوب احتياطيًا يوفر إمكانية الإجهاض في حالة تعطل نظام التوجيه الأساسي للمركبة القمرية (نظام أبولو لتوجيه المركبات القمرية PGNCS ) أثناء الهبوط أو الصعود أو الالتقاء. وبصفته نظام إجهاض، فإنه لم يكن يدعم التوجيه للهبوط على سطح القمر. [ 1 ]

تم تصميم نظام التوجيه الآلي (AGS) بواسطة شركة TRW بشكل مستقل عن تطوير حاسوب التوجيه أبولو ونظام PGNCS .

كان هذا أول نظام ملاحة يستخدم وحدة قياس بالقصور الذاتي مثبتة بحزام بدلاً من وحدة قياس بالقصور الذاتي ذات محورين ومثبتة جيروسكوبياً (كما هو مستخدم في نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية PGNCS ). [ 2 ] ورغم أنه لم يكن بنفس دقة وحدة القياس بالقصور الذاتي ذات المحورين، إلا أنه وفر دقة مرضية بمساعدة التلسكوب البصري ورادار الالتقاء . كما كان أخف وزناً وأصغر حجماً.

وصف

تضمن نظام توجيه الإجهاض المكونات التالية: [ 3 ]

كان الحاسوب المستخدم من طراز MARCO 4418 (اختصارًا لـ Man Rated Computer)، بأبعاد 5 × 8 × 23.75 بوصة (12.7 × 20.3 × 60.33 سم)، ووزنه 32.7 رطل (14.83  كجم)، ويستهلك 90 واط من الطاقة. ونظرًا لأن ذاكرته كانت تعمل بنظام الوصول التسلسلي، فقد كان أبطأ من نظام AGC، مع أن بعض العمليات على نظام AEA كانت تُنفذ بنفس سرعة أو أسرع من نظام AGC.

كان للحاسوب الخصائص التالية:

  • كانت تحتوي على 4096 كلمة من الذاكرة الأساسية المغناطيسية بزمن دورة يبلغ 5 ميكروثانية . كانت الكلمات الـ 2048 السفلى عبارة عن ذاكرة قابلة للمسح (RAM)، بينما كانت الكلمات الـ 2048 العليا عبارة عن ذاكرة ثابتة (ROM)، مع سلك استشعار واحد يمر عبر صفر من النوى. [ 4 ] : ​​ص 5. تم بناء الذاكرة الثابتة والقابلة للمسح بشكل متشابه، لذا كانت النسبة بينهما متغيرة.
  • كانت آلة ذات 18 بت، تحتوي على 17 بتًا للقيمة المطلقة وبت إشارة . وكانت العناوين بطول 13 بتًا؛ يشير البت الأكثر أهمية إلى عنونة الفهرس.
  • كانت كلمات البيانات عبارة عن متمم ثنائي وفي شكل نقطة ثابتة .

السجلات

لدى هيئة الطاقة الذرية السجلات التالية: [ 4 ]

  • أ: المُراكم (18 بت)
  • M: سجل الذاكرة (18 بت)، يخزن البيانات التي يتم نقلها بين الحاسوب المركزي والذاكرة
  • س: سجل المضاعف -القسمة (18 بت)، يخزن النصف الأقل أهمية من نتيجة الضرب والقسمة . ويمكن استخدامه أيضًا كامتداد للمراكم
  • سجل الفهرس (3 بت): يُستخدم لعنونة الفهرس

وتشمل السجلات الأخرى ما يلي:

  • سجل العناوين (12 بت): يحتوي على عنوان الذاكرة الذي يطلبه الحاسوب المركزي
  • سجل رمز العملية (5 بت): يحتفظ برمز التعليمات المكون من 5 بت أثناء تنفيذه
  • عداد البرنامج (12 بت)
  • عداد الدورات (5 بت): يتحكم في تعليمات التحويل
  • المؤقتات (سجلان): تُنتج إشارات توقيت التحكم
  • سجلات الإدخال: 13 سجلاً. احتوت العديد من سجلات الإدخال على عدادات لدمج النبضات من أنظمة الإجهاض والتوجيه الأساسي. [ 4 ]

مجموعة التعليمات

يتكون تنسيق تعليمات AEA من رمز تعليمات مكون من خمسة بتات ، وبت فهرسة، وعنوان مكون من 12 بت.

كان لدى الحاسوب 27 تعليمة:

ADD: تتم إضافة محتويات موقع الذاكرة إلى المُراكم A. وتبقى محتويات موقع الذاكرة دون تغيير.

ADZ(الجمع والصفر) : تتم إضافة محتويات الذاكرة إلى المُراكم A. يتم ضبط محتويات الذاكرة على الصفر.

SUB(طرح) : يتم طرح محتويات الذاكرة من المُراكم A. وتبقى محتويات الذاكرة دون تغيير.

SUZ(الطرح والتصفير) : يتم طرح محتويات الذاكرة من المُراكم A. يتم ضبط محتويات الذاكرة على الصفر.

MPY(الضرب) : يتم ضرب محتويات المُراكم A بمحتويات الذاكرة. يُوضع الجزء الأكثر أهمية من الناتج في المُراكم A، بينما يُوضع الجزء الأقل أهمية في السجل Q.

MPR(الضرب والتقريب) : على غرار MPYالتعليمات، يتم تقريب الجزء الأكثر أهمية من الناتج في المُراكم A عن طريق إضافة واحد إلى محتويات المُراكم A إذا كانت البتة 1 من سجل Q تساوي واحدًا.

MPZ(الضرب والصفر) : على غرار MPRالتعليمات، يتم تعيين محتويات الذاكرة إلى الصفر.

DVP(القسمة) : يتم قسمة محتويات المُجمِّع A والمُسجِّل Q، التي تُشكِّل المقسوم، على محتويات الذاكرة. يُوضع ناتج القسمة في المُجمِّع A ويُقرَّب إلى أقرب عدد صحيح ما لم يُؤدِّي التقريب إلى تجاوز سعة الذاكرة.

COM(المُجمِّع المُكمِّل) : يتم استبدال محتويات المُجمِّع A بمُكمِّلها الثنائي. إذا كانت محتويات المُجمِّع A موجبة أو صفرًا أو سالب واحد، فإنها تبقى دون تغيير.

CLA(مسح وإضافة) : يتم تحميل المُراكم A من الذاكرة. وتبقى محتويات الذاكرة دون تغيير.

CLZ(مسح، إضافة، وتصفير) : على غرار CLAالتعليمات؛ يتم تعيين محتويات الذاكرة إلى الصفر.

LDQ(تحميل سجل Q) : يتم تحميل سجل Q بمحتويات الذاكرة. وتبقى محتويات الذاكرة دون تغيير.

STO(تخزين المُراكم) : يتم تخزين محتويات المُراكم A في الذاكرة. وتبقى محتويات المُراكم A دون تغيير.

STQ(تخزين سجل Q) : يتم تخزين محتويات سجل Q في الذاكرة. وتبقى محتويات سجل Q دون تغيير.

ALS N(الإزاحة الحسابية لليسار) : يتم إزاحة محتويات المُراكم A إلى اليسار بمقدار N خانة.

LLS N(إزاحة طويلة لليسار) : يتم إزاحة محتويات المُراكم A والبتات من 1 إلى 17 من السجل Q إلى اليسار بمقدار سجل واحد N خانة. ويتم ضبط إشارة السجل Q لتتوافق مع إشارة المُراكم A.

LRS N(إزاحة طويلة لليمين) : مشابه لـ LLS، ولكن يتم إزاحة المحتويات إلى اليمين N خانة.

TRA(نقل) : يتم أخذ التعليمات التالية من الذاكرة.

TSQ(نقل وتعيين Q) : يتم استبدال محتويات سجل Q بحقل عنوان يتم تعيينه إلى رقم أكبر بواحد من موقع التعليمة TSQ. ثم يتم جلب التعليمة التالية من الذاكرة.

TMI(نقل البيانات على مُجمِّع سالب) : يتم أخذ التعليمة التالية من الذاكرة إذا كانت محتويات المُجمِّع A سالبة. وإلا، يتم أخذ التعليمة التالية بالتسلسل.

TOV(النقل عند تجاوز السعة) : إذا تم ضبط مؤشر تجاوز السعة، فسيتم أخذ التعليمات التالية من الذاكرة.

AXT N(عنوان الفهرس) : تم ضبط سجل الفهرس على N.

TIX(اختبار الفهرس والنقل) : إذا كان سجل الفهرس موجبًا، فسيتم إنقاصه بمقدار واحد وسيتم أخذ التعليمات التالية من الذاكرة.

DLY(التأخير) : يتوقف التنفيذ حتى يتم استلام إشارة توقيت. ثم يتم جلب التعليمات التالية من الذاكرة.

INP(الإدخال) : يتم وضع محتويات سجل الإدخال المحدد بواسطة العنوان في المُراكم A. يتم تعيين سجل الإدخال إما إلى الصفر أو يظل دون تغيير (اعتمادًا على السجل المحدد).

OUT(الإخراج) : يتم وضع محتويات المُراكم A في سجل الإخراج المحدد بواسطة العنوان.

برمجة

لم تتضمن التصاميم الأولية لنظام توجيه الإجهاض استخدام الحاسوب، بل اعتمدت على جهاز تسلسل بدون أي قدرة على الملاحة. وكان هذا كافيًا لوضع المركبة القمرية في مدار قمري حيث ينتظر الطاقم عملية الإنقاذ بواسطة وحدة القيادة والخدمة التابعة لبرنامج أبولو . لاحقًا، أُضيف حاسوب رقمي لتوفير قدر من الاستقلالية. [ 2 ]

تمت كتابة برنامج AGS بلغة التجميع LEMAP التي تستخدم 27 تعليمة موصوفة أعلاه ومجموعة من العمليات الزائفة التي يستخدمها المجمع.

كانت دورة الحساب الرئيسية تستغرق ثانيتين. قُسّمت هذه الدورة التي تستغرق ثانيتين إلى 100 جزء؛ مدة كل جزء منها 20 مللي ثانية . استُخدمت هذه الأجزاء لإجراء العمليات الحسابية التي تتطلب إعادة الحساب كل 20 مللي ثانية (مثل معالجة إشارة وحدة القياس بالقصور الذاتي، وتحديث بيانات وصلة PGNCS الهابطة، وتحديث جيوب تمام الاتجاه ، وما إلى ذلك).

كان هناك أيضًا مجموعة من العمليات الحسابية التي كان يجب إجراؤها كل 40 مللي ثانية (أوامر المحرك، وأخذ عينات الإشارة الخارجية ، والتحكم في الوضع ، وما إلى ذلك).

تم إجراء حسابات أخرى كل ثانيتين، وتم تقسيم هذه المعادلات إلى مجموعات أصغر بحيث يمكن إعادة حسابها خلال الوقت المتبقي (أي غير المستخدم) من مقاطع 20 مللي ثانية (مثل معالجة بيانات الرادار، وحساب المعلمات المدارية، وحساب تسلسل الالتقاء، ومعايرة مستشعرات IMU، وما إلى ذلك) [ 5 ] .

خضع برنامج نظام التوجيه الآلي (AGS) لمراجعات عديدة بهدف اكتشاف الأخطاء البرمجية وتقليل حجمه. وتوجد بعض الإصدارات المعروفة من البرنامج التي استُخدمت في الاختبارات غير المأهولة والمأهولة. [ 6 ]

واجهة المستخدم

كانت وحدة واجهة المستخدم الخاصة بنظام AGS تُسمى DEDA ( وحدة إدخال البيانات وعرضها ). وتتمثل وظيفتها في إدخال البيانات وقراءتها من نظام AGS. وقد تم دمج بعض وظائف النظام في وحدة DEDA، على عكس وحدة DSKY المستخدمة من قبل نظام AGC.

تضمنت DEDA العناصر التالية:

  • مفاتيح الأرقام من 0 إلى 9
  • مفتاح علامتي الجمع والطرح
  • مفتاح CLR: يمسح شاشة الإدخال ويطفئ ضوء OPR ERR
  • مفتاح الإدخال: لإدخال البيانات/العنوان
  • مفتاح القراءة: يقرأ البيانات من العنوان المحدد ويعرض البيانات المحدثة كل نصف ثانية
  • مفتاح HOLD: يوقف الإخراج المستمر للبيانات
  • ضوء OPR ERR: يشير إلى خطأ المشغل
  • تُستخدم الشاشات لإدخال البيانات وقراءتها

استخدام نظام AGS

لا توجد سوى وصفات قليلة لاستخدام نظام التوجيه الآلي (AGS)، إذ لم تكن هناك حاجة لإلغاء الهبوط خلال مهمات أبولو. في حال تعطل نظام التوجيه والملاحة والتحكم الأساسي للمركبة القمرية ، كان من الممكن استخدام نظام التوجيه الآلي كمصدر احتياطي لمعلومات سرعة الهبوط إذا قرر الطاقم المضي قدمًا في الهبوط. [ 7 ] ومع ذلك، فقد استُخدم نظام التوجيه الآلي فعليًا في أربع حالات.

استُخدمت هذه التقنية لأول مرة لاختبار مرحلة هبوط المركبة القمرية في مدار أرضي خلال مهمة أبولو 9. [ 8 ] واستُخدمت مرة أخرى في مهمة أبولو 10 ، بعد انفصال مرحلة هبوط المركبة القمرية قبل احتراق نظام الدفع النشط. أدى ضبط خاطئ للمفتاح [ 9 ]، حيث تُرك نظام الدفع النشط في وضع التشغيل التلقائي بدلاً من وضع تثبيت الوضع، إلى انحراف فوري وملحوظ في الوضع قبل لحظات من الانفصال. [ 10 ] وتمت السيطرة على الوضع بسرعة.

كان الاستخدام التالي لنظام التوجيه الآلي (AGS) خلال مرحلة الصعود إلى القمر في مهمة أبولو 11 ، عندما نفذ طاقم المركبة القمرية سلسلة من مناورات الالتقاء التي أدت إلى قفل المحور ؛ ثم استُخدم نظام التوجيه الآلي (AGS) لاحقًا للتحكم في وضعية المركبة. [ 3 ]

لعب نظام التوجيه الآلي (AGS) دورًا هامًا في عودة أبولو 13 سالمةً بعد انفجار خزان الأكسجين الذي أدى إلى تعطيل وحدة الخدمة، ما أجبر رواد الفضاء على استخدام المركبة القمرية كـ"قارب نجاة". كانت إمدادات الطاقة الكهربائية والمياه على متن المركبة القمرية محدودة، وكان نظام التوجيه والملاحة الأساسي يستهلك كميات كبيرة من المياه للتبريد. ونتيجةً لذلك، وبعد تشغيل محرك الهبوط الرئيسي للمركبة القمرية لمدة ساعتين بعد أقرب نقطة لها من القمر لتقصير رحلة العودة، استُخدم نظام التوجيه الآلي (AGS) في معظم رحلة العودة، بما في ذلك تصحيحان للمسار في منتصف الرحلة. [ 11 ] الصفحات  III-17، 32، 35، 40

مراجع